Обзор методов повышения энергоэффективности жилых зданий



В статье представлен обзор основных методов повышения энергоэффективности в новом строительстве. Представлены варианты решения вопросов уменьшения энергопотребления новых объектов за счет их рационального использования. Предложены пути решения проблемы внедрения энергоэффективных технологий в строительстве жилых домов.

Ключевые слова: энергоэффективность, энергосбережение, сопротивление теплопередаче, пофасадное авторегулирование

Проблема энергоэффективности жилых зданий на сегодняшний день очень актуальна. Энергоэффективность — это комплекс организационных, экономических и технологических мер, направленных на повышение значения рационального использования энергетических ресурсов в производственной, бытовой и научно-технической сферах. Во всем мире уже давно ведется поиск путей уменьшения энергопотребления за счет его рационального использования. Результаты многочисленных исследований, посвященных изучению проблем энергосбережения, показывают, что наибольшее количество энергии тратится на отопление, горячее водоснабжение, покрытие потерь при транспортировке энергии, охлаждение воздуха в системах кондиционирования, искусственное освещение. В России расход на отопление помещений составляет в среднем 72 % общего объема энергии. При устойчивом росте цен на энергоносители, неизбежно вызывающих повышение цен на коммунальные услуги, комплексные требования к энергоэффективности зданий, становятся выше.

Начиная с 1995 года, в России федеральными нормами законодательно закреплено строительство зданий с обязательным утеплением стен, с применением 3-х стекольных окон, термостатов на отопительных приборах, с оборудованием каждого здания автоматическим регулированием подачи тепла на отопление и приборами учета тепла и воды.

С января 2011 года на основании постановления Правительства РФ от 25.01.2011 г. № 18 «Об утверждении Правил установления требований энергетической эффективности для зданий, строений, сооружений и требований к правилам определения класса энергетической эффективности многоквартирных домов» [1], предусматривается снижение расхода энергоресурсов, к которому относится расход тепловой энергии на отопление и вентиляцию и горячее водоснабжение:

‒ на пятнадцать процентов по отношению к базовому уровню с 1 января 2011 г.;

‒ на тридцать процентов по отношению к базовому уровню с 1 января 2016 года;

‒ на сорок процентов по отношению к базовому уровню с 1 января 2020 года.

Основными направлениями энергосбережения в новом строительстве являются:

‒ усиление теплозащиты зданий;

‒ увеличение эффективности авторегулирования подачи тепла на отопление,

‒ уменьшение расхода тепла на нагрев наружного воздуха, который необходим для вентиляции в квартире,

‒ уменьшение потерь тепла и воды в системах горячего водоснабжения, приближая источники ее приготовления к местам потребления.

По сведениям Департамента архитектуры РФ, при подсчете теплопотерь жилого дома было установлено: здания теряют 45 % тепла через стены, 33 % — через окна, оставшиеся 25 % — через крышу.

Для достижения уменьшения удельного расхода тепловой энергии на отопление и вентиляцию, возможны разработка и внедрение мероприятий по энергетической эффективности, одно из которых — повышение теплозащиты наружных ограждающих конструкций многоквартирных жилых зданий до приведенного сопротивления теплопередаче с 1.01.2016 г.:

‒ наружных стен — до 4,0 м²·°C/Вт;

‒ перекрытий чердачных (в холодном чердаке) — до 5,2 м²·°C/Вт;

‒ покрытий совмещенных — до 6,0 м²·°C/Вт;

‒ окон, светопрозрачной части балконных дверей, витражей (за исключением помещений лестнично-лифтовых узлов) — до 1,0 м²·°C/Вт.

Повышение сопротивления теплопередаче несветопрозрачных ограждений достигается за счет выбора более эффективного утеплителя и применения технических решений по повышению теплотехнической однородности конструкции за счет уменьшения влияния теплопроводных включений. Для обеспечения требуемых нормативных показателей, внешние стены жилых зданий возводят многослойными, состоящими из несущего и теплоизоляционного слоев. Технология наружного утепления стен дает максимальную защиту строения от теплопотерь через стены, благодаря тому, что принимает на себя холодовое воздействие окружающей среды

Системы наружного утепления позволяют уменьшить толщину стен и использовать в их устройстве более легкие материалы без потери теплоизоляционных свойств. Сравнительные характеристики толщины материалов, при равной теплоизоляции приведены на рисунке 1.

Рис. 1 Сравнительные характеристики толщины материалов в мм, при равной теплоизоляции

Кроме того, многослойные системы наружного утепления позволяют снизить нагрузку на фундамент, сокращая расходы на его возведение.

По расчетам АО «ЦНИИЭП жилища — института комплексного проектирования жилых и общественных зданий», применение теплоэффективных наружных ограждений за счет экономии тепловых ресурсов окупает единовременные затраты во вновь строящихся жилых домах в течение 7–8 лет, в существующих домах — в течение 12–14 лет.

Значительная часть теплопотерь через ограждающие конструкции здания (более 33 %) происходит через негерметичные окна и двери. В связи с данным обстоятельством, необходимо повышать теплоизоляционные качества окон.

В настоящее время в России применяются следующие основные способы повышения энергоэффективности светопрозрачных конструкций:

‒ применение термопленки (теплопоглащающее остекление);

‒ переход от одно- и двухкамерных стеклопакетов к трех- и более камерным;

‒ наполнения стеклопакетов инертными газами.

Теплопропускная способность остекления зависит от угла падения солнечных лучей и толщины стекла. Уменьшение теплопотерь через окна достигается следующими способами: стекла покрывают металлическими или полимерными пленками с односторонним пропусканием коротко- и длинноволнового излучения (длинноволновая часть спектра — это инфракрасные лучи, исходящие от отопительных приборов, они задерживаются, а коротковолновая часть — ультрафиолетовые лучи — пропускается). В результате зимой солнечный свет в помещение проходит, а тепло из помещения не уходит, летом происходит обратный эффект. Коэффициент теплопропускания таких стекол составляет 0,2÷0,6. Применение окон с теплоотражающими стеклами позволяет снизить потери тепла через них до 40 %.

Опыт показывает, что увеличение толщины воздушной прослойки между стёклами в двойном оконном переплёте, не приводит к увеличению тепловой эффективности всего окна. Эффективней сделать несколько прослоек (камер), увеличивая количество стёкол. Наибольшего эффекта (теплоизоляция, звукоизоляция) можно достигнуть тройным остеклением. Оптимальной толщиной воздушной прослойки между стёклами считается 16 мм.

Еще одним энергоэффективным способом является способ с наполнением стеклопакетов инертными газами. При этом уменьшаются конвекционные токи внутри стеклопакета, что приводит к снижению потерь тепла. Современные технологии изготовления окон позволяют использовать вакуумные стеклопакеты, толщина которых не превышает 1 см, но поскольку вакуум обладает нулевой теплопроводностью, удается избежать появления «мостиков холода».

Следует учитывать, что современные оконные конструкции могут повысить стоимость жилья на величину около 8 %, а остекление балконов и лоджий — на 3–5 %.

Для получения максимальной энергоэффективности при обеспечении комфортных условий пребывания людей в зданиях применяется авторегулирование систем отопления зданий. Данная схема применяется для подачи теплоты в системы отопления из тепловой сети в индивидуальный тепловой пункт (ИТП) или в АУУ (автоматический узел управления системой отопления при подключении через центральные тепловые пункты (ЦТП)). АУУ позволяют оптимизировать подачу теплоты на отопление для достижения максимальной экономии тепловой энергии при обеспечении комфортных условий в жилище. При этом необходимо добиться настройки контроллера системы авторегулирования на оптимальный режим подачи, реализуемый выбранным графиком температур в подающем трубопроводе системы отопления в зависимости от изменения температуры наружного воздуха.

Для получения дополнительной экономии тепла в зданиях с ИТП, системы отопления которых ориентированы по сторонам света, применяется пофасадное автоматическое регулирование. Сигналом пофасадного авторегулирования служит температура внутреннего воздуха отапливаемых помещений — показатель воздействия солнечной радиации, инфильтрации наружного воздуха и внутренних тепловыделений на тепловой режим здания. Пример из практики применения пофасадного авторегулирования в жилых зданиях показывает: при температуре наружного воздуха от 5 до 8 °С, отопление освещенного солнцем фасада автоматически отключалось не только на период попадания солнечных лучей в окна, но и на такое же время после, за счет теплопоступлений от нагретых поверхностей стен и мебели. Пофасадное авторегулирование позволяет снизить расход тепла за счет использования солнечной радиации, а также обеспечивает дополнительную подачу тепла при ветре только в помещениях, расположенных на наветренном фасаде здания. Для зданий выше 9 этажей в ряде случаев, наряду с пофасадным регулированием необходимо применять вертикальное позонное регулирование. Экономия тепловой энергии при фасадном регулировании составляет до 20 % от ее расчетного годового расхода.

Задача энергоэффективной системы вентиляции состоит в обеспечении теплового комфорта проживания в условиях повышенной герметичности зданий, а также сокращении расходов тепла на подогрев инфильтрующегося воздуха.

В большинстве жилых зданий предусмотрена система вентиляции с естественной циркуляцией воздуха, работа которой осуществляется за счет естественной тяги, возникающей в результате разницы давлений и температур. В зимний период при работе вентиляционной системы понижается температура внутри здания, и значительно увеличиваются расходы на обогрев жилья. С вентиляционным воздухом из помещения уходит от 30 до 75 % тепла, что является недостатком естественной вентиляции и не соответствует современными требованиями энергосбережения.

Расход тепла на подогрев воздуха и интенсивность воздухообмена должны иметь оптимальные соотношения. По нормам, установленным СП 60.13330.2012 [3], поступающий в здание воздух должен заменяться свежим в объеме 30 м3/ч и иметь температуру не менее 18°С. Экономным вариантом устройства воздухообмена в помещениях является оборудование приточно-вытяжной вентиляционной системы с рекуперацией воздуха. Принцип действия приточно-вытяжной установки с рекуперацией тепла заключается в следующем. Нагретый воздух забирается посредством воздухозаборников в помещениях, проходит через теплообменник рекуператора, где оставляет часть тепла. Вентиляционные рекуператоры тепла возвращают его часть назад в помещение посредством теплообмена между входящим и выходящим потоком. Система с рекуперацией наиболее эффективна при значительной разнице температур снаружи и внутри помещения. В регионах с длительным холодным сезоном дополнительные затраты на теплообменник быстро окупаются. Несмотря на достаточно высокую стоимость такого технологического решения, сложность расчета и монтажа, затраты энергии на прогрев воздуха снижаются до 80 %.

На сегодняшний день ситуация такова, что энергоэффективные решения, которые заложены при проектировании, в процессе возведения здания, чаще всего, не реализуются. Это происходит из-за того, что Заказчик не имеет стимула вкладывать средства в энергоэффективные технологии. Основным фактором, препятствующим внедрению энергоэффективных технологий в строительстве, является повышенная стоимость энергоэффективного дома. Для решения этого вопроса необходимо строительство энергоэффективных домов проводить в рамках федеральной программы, с частичным финансированием инновационных технологий государством.

Таким образом, можно сделать вывод о том, что для широкого внедрения энергоэффективных технологий нужна законодательная база и реальные государственные программы, которые бы стимулировали энергоэффективное строительство в нашей стране.

Литература:

1. Постановление Правительства РФ от 25.01.2011 г. № 18 «Об утверждении Правил установления требований энергетической эффективности для зданий, строений, сооружений и требований к правилам определения класса энергетической эффективности многоквартирных домов»;
2. СП 60.13330.2012 «Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха» Актуализированная редакция СНиП 41–01–2003;
3. Кукушкина С. А., Учинина Т. В. Ценовой и качественный анализ первичного рынка жилья в г. Пензе // Современные проблемы науки и образования. — 2015. — № 1–2. -С. 20.
4. Можаева О. А., Акимова М. С., Улицкая Н. Ю. Функционирование строительного комплекса Пензенской области // Конкурентоспособность в глобальном мире: экономика, наука, технологии. -2016. -№ 8–2 (21). -С. 106–108.
5. Полякова А. В., Учинина Т. В. Анализ тенденций развития первичного рынка жилой недвижимости города Пензы // Современные проблемы науки и образования. — 2014. — № 5.- С. 393.
6. Смирнова Ю. О., Учинина Т. В. Особенности организации и развития деятельности по управлению жилым фондом / монография. — Пенза, 2014.
7. Сегаев И. Н., Митянина Н. П., Сергеева М. А., Сергеева И. А. Анализ уровня и факторов, влияющих на энергоэффективность жилого сектора в России на фоне опыта зарубежных стран // Экономика и предпринимательство. -2016.- № 11–2 (76–2). -С. 996–1003.
8. Сетяев В. Н., Учинина Т. В., Селезнёва А. К. Особенности реализации федеральных и региональных программ, направленных на улучшение жилищных условий (на примере Пензенской области) // Современные проблемы науки и образования. –2014.- № 6.- С. 526.
9. Толстых Ю. О., Арефьева М. С., Учинина Т. В. Исследование практик организации и деятельности управляющих компаний в современных условиях при проведении капитального ремонта многоквартирных жилых домов /монография. — Пенза, 2014.
10. Толстых Ю. О., Учинина Т. В., Арефьева М. С. Управление жилищным фондом в условиях реформирования ЖКХ и повышения энергоэффективности // Современные проблемы науки и образования.- 2012. -№ 2. -С. 225.
11. Учинина Т. В., Баронин С. А. Девелопмент недвижимости при реализации проектов строительства экологичного и энергоэффективного малоэтажного жилья в Пензенской области // Известия Юго-Западного государственного университета. -2011. -№ 5–2 (38). -С. 325–331.
12. Учинина Т. В., Гущина М. С. Методы рационального использования объектов жилой недвижимости в стадии эксплуатации // Научный альманах. — 2016. -№ 12–1 (26). -С. 269–271.
13. Учинина Т. В., Кваша Ю. В. Управление и прогнозирование развития малоэтажной жилой застройки на городской и пригородной территории // Современные проблемы науки и образования. — 2014. -№ 3. -С. 426.
14. Учинина Т. В., Полякова А. В. Определение потребительских предпочтений на первичном жилищном рынке (на примере г.Пензы) // Современные проблемы науки и образования. -2014. -№ 1. -С. 294.
15. Хаметов Т. И., Букин С. Н. Экономическая эффективность инвестирования в инновационную деятельность предприятий строительного комплекса // Региональная архитектура и строительство. -2012. -№ 1. -С. 188–192.